PT89605B - Dispositivo para medir a impedancia de um meio ao longo de uma linha de medicao - Google Patents

Description

SUROPAISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EURATOM)

Dispositivo para medir a imgedância de um meio ao longo de uma linha de medição

A presente invenção diz respeito a um dispositivo para medir a impedância de um meio ao longo de uma linha de medição, sendo o meio a água do mar ou um sedimento no fundo do mar, ou uma mistura dos dois.

Recentemente o fundo do mar ganhou interesse para os cientistas, os pesquisadores de minérios e para fins de armazenamento de resíduos. Neste último caso, os resíduos têm de ser vedados no interior de recipientes em forma de torpedo que são depois lançados em locais apropriados para o fundo do mar. 0 peso e a forma dos recipientes são escolhidos de tal modo que se obtenham velocidades finais elevadas e, por conseguinte, uma profundidade de penetração considerável dos recipientes no sedimento em fundos do mar com até 5 a δ km.

Para este conceito é fundamental que o furo criado pela penetração do recipiente no sedimento seja de novo preenchido atrás do recipiente e contribua para a vedação do mesmo. Este requisito é absolutamente necessário, visto que, ao longo de um período de várias centenas de anos, inevitavelmente se verificarão fugas do recipiente. Se isso acontecer, é necessário que não se verifique qualquer lixiviação do material para fora do recipiente que atirja a superfície do sedimento. 0 fecho deste furo é portanto de importância essencial para este tipo de estudos .

preenchimento do furo depende dos dados geotécnicos do fundo do mar, especialmente da camada de sedimento na qual o recipiente penetra.

Devido à profundidade da água que pode ir até 6 000 metros, a penetração do recipiente na camada de sedimento dificilmente poderá ser observada directamente por uma câmara submarina. Em qualquer caso, uma tal câmara submarina apenas mostraria a situaçao na superfície do sedimento mas não na massa deste. Também uma perfuração de ensaio na área do furo depois da penetração do recipiente não daria resultados fiáveis, pois não seria possível garantir que a perfuração de ensaio tinha sido feita ao longo do eixo do furo. Isso aplica-se em particular quando não se possa estar seguro de o recipiente ter penetrado exactamente na vertical no interior do sedimento. E assim necessário fixar um dispositivo de medição na extremidade traseira ,do. recipiente que meça certas características físicas da área do furo. Este dispositivo tem de correr ao longo do furo através do qual o recipiente penetrou e tem de transmitir os dados de impedância através de uma antena por meio de sinais acústicos para um receptor à superfície da água.

Por conseguinte, o objecto da presente invenção consiste em proporcionar um dispositivo para a medição de certos dados físicos do meio por cima do recipiente, sendo esse meio água do mar ou um sedimento, ou então uma mistura dos dois.

Segundo a presente invenção, o dispositivo contém uma antena que se estende ao longo da linha de medição, um gerador de sinais eléctricos, que alimenta a antena, e um circuito medidor, para medir a impedância da antena, sendo a antena cons

tituída por um núcleo interior, um certo número de fios eléctricos enrolados em torno do núcleo, uma camada isoladora que envolve estes fios e uma série de secções entrançadas condutoras da electricidade de comprimento limitado, que sao colocadas em torno desta camada isolante e dispostas uma após a outra em porções de comprimento regulares, estando cada porção entrançada de ordem ímpar ligada a um dos fios, respectivamente, enquanto as secções entrançadas de ordem par estão ligadas em comum a um outro destes fios, estando o gerador e o circuito medidor associados a um distribuidor multiplex programável, que é susceptível de estabelecer ciclicamente circuitos de alimentação e medição entre cada dois fios associados às porções entrançadas de ordem ímpar, enquanto as porções entrançadas de ordem par estão permanentemente ligadas à terra através do referido fio comum.

^Num^_Xarma de realização preferida da presente invenção, a antena está fixada a um recipiente em forma de torpedo, que deve penetrar por gravidade no sedimento no fundo do mar; neste caso, o gerador, o circuito medidor e o distribuidor multiplex ficam dispostos no interior do recipiente, enquanto a extremidade livre da antena é provida de um corpo flutuante. Um emissor acústico está também situado no interior do recipiente.

Vai agora descrever-se com mais pormenor a presente invenção, por meio de uma forma de realização preferida e com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

A fig. 1, esquematicamente uma antena para o dispositivo segundo a presente invenção;

A fig. 2, o princípio da medição da impedância no qual

se baseia esta antena; e

A fig. 3, esquematicamente um gerador de corrente alternada, um circuito medidor e um distribuidor multiplex que estão associados à antena e colocados no interior do recipiente.

A fig. 1, representa a parte superior de um recipiente (1) em forma de torpedo, que está acoplado mecanicamente a uma antena (2) através de um suporte (3) e um parafuso (4-). A ligação eléctrica é feita através de um conector múltiplo (5) à prova de água.

A extremidade superior da antena (2) está acoplada a um corpo flutuante (6) através de um elo giratório (7), que permite uma rotação relativa livre entre o corpo flutuante (6) e a antena (2). 0 corpo flutuante destina-se a manter-se acima da camada de sedimento. E constituído por uma espuma metálica e tem uma forma substancialmente cónica com um diâmetro máximo de cerca de 200_mm e um comprimento de 1,3 m.

A antena é constituída por várias camadas sobrepostas, que vão sendo retiradas de maneira crescente de baixo para cima, de modo que a estrutura possa ver-se claramente.

A antena (2) tem um núcleo central de secção transversal circular com um diâmetro de cerca de 7,9 mm. Este núcleo tem de ser capaz de resistir a todas as forças de tracção que possam verificar-se. Catorze fios.condutores da electricidade isolados (9) estão enrolados helicoidalmente em torno deste núcleo. A antena é constituída por 25 porções de comprimento, cada uma com um eléctrodo, por exemplo (10) ou (11). Estas porções podem dividir-se em porções de ordem par e de ordem ímpar, constituindo as porçoes de ordem ímpar eléctrodos de guarda para

reduzir efeitos de borda que poderiam falsear os resultados.

Cada uma das doze porções de ordem par está associada com um dos fios individuais (9), sendo a extremidade deste fio cortada e isolada ao nível da porção correspondente. Um outro fio ou, por razões de fiabilidade, dois fios em paralelo, estão ligados a todos os eléctrodos ímpares.

Na fig. 1, apenas se vê o núcleo (8) na parte superior da antena. Ele é seguido por uma parte na qual se vêm os catorze fios (9) que estão enrolados em torno do núcleo. Nesta parte, vê-se uma extremidade nua (12) desse fio que se destina a ser ligado ao eléctrodo da porção correspondente. A parte seguinte mostra a antena depois da fase seguinte do seu fabrico, de acordo com a qual se enrola uma fita isolante em torno do conjunto de fios (9), de maneira sobreposta.

As extremidades livres dos fios que estão em contacto com os*diferentes eléctrodos passam através desta camada (13) de fita isolante. A parte inferior da antena mostra os eléctrodos (10) e (11) que são constituídos por entrançados de fios de alumínio. Estes entrançados são soldados às extremidades de fio (12) associadas. 0 comprimento axial dos eléctrodos pode por exemplo ser de 1 4-30 mm e os intervalos entre dois eléctrodos vizinhos de cerca de 10 mm.

Se for necessário evitar diâmetros variáveis ao longo do comprimento, devido ao número de fios que aumenta de cima para baixo, podem introduzir-se fios fictícios, de diâmetro igual, na camada de fios a jusante das extremidades de fios respectivas como (12). Finalmente, liga-se o conector múltiplo (5) às extremidades inferiores dos fios (9) e dotam-se as duas extremidades da antena (2) com um acessório terminal moldado (14-) e (15), respectivamente, ao qual se acoplam, respectivamente, o corpo flutuante (6) e o recipiente (1).

Vai agora explicar-se o princípio da medição, com referência à fig. 2. Nesta figura, os eléctrodos estão simbolicamente representados por placas.

Como atrás se mecionou, os eléctrodos com números ímpares (11), (11*), (11) actuam como eléctrodos de guarda e estão todos ligados a uma linha de terra (16), enquanto a medição da impedância do meio que envolve os eléctrodos é efectuada utilizando respectivamente dois eléctrodos pares vizinhos, tais como por exemplo os eléctrodos (10) e (10'). Para isso, um desses eléctrodos pares, que actua então como eléctrodo de alimentação, é ligado a um gerador de corrente alternada (17), enquanto o eléctrodo par vizinho (10’), que actua então como eléctrodo de mediçãp.é..ligado a um amperímetro (18). A impedância do meio que envolve a antena (12) a medir está representada simbolicamente por uma resistência (19). Impedâncias parasitas no sentido dos eléctrodos de guarda estão simbolizadas por resistências (19a) e (19b).

Para minimizar o mais possível as reactâncias devidas às capacidades entre o eléctrodo e a água do mar, que estariam em série com as resistências a medir, é vantajoso escolher a frequência de operação o mais elevadas possível. No entanto, o efeito de pele e o requisito de um indutor de elevada qualidade reduz a frequência máxima a valores inferiores a 100 kHz.

De preferência, usa-se um gerador de corrente alternada do tipo de corrente constante, visto que as impedâncias parasitas

- / / / t estão em paralelo com a resistência (19) a medir e portanto não prejudicam a medição feita no amperímetro (18).

A fig. 5 representa esquematicamente o gerador de corrente alternada (17), o amperímetro (18) e os meios distribuidores, permitindo estes últimos ligar ciclicamente o gerador e o amperímetro a qualquer par desejado de eléctrodos de números pares vizinhos. 0 conjunto representado na fig. 3 está colocado no interior do recipiente (1) (fig. 1) e ligado à antena através do conector múltiplo (5)· Os diferentes pernos de ligação deste conector estão representados na fig. 3 do lado direito e têm os números de referência (19) a (31)· Os pernos de ligação (19) a (28) estão ligados aos eléctrodos com números pares, por exemplo (10) e (10'), enquanto o perno de ligação (29) que actua como contacto de ligação à terra está ligado a todos os eléctrodos ímpares (11) e (11'); dois outros pernos de ligação (30) e (31) jestão—permanentemente ligados aos dois eléctrodos de números pares mais próximos do corpo flutuante (6), eléctrodos esses que se supõe ficarem em qualquer caso acima do sedimento na água e portanto servem como eléctrodos de referência ou comparaçao. A capacidade entre o eléctrodo de alimentação e o eléctrodo de guarda da antena é posta em ressonância com uma indutância (37)· Deste modo, a impedância medida torna-se puramente óhmica. Condensadores de ajuste e resistências de ajuste (32) e (53) são ainda incluídos para compensar assimetrias entre pares de eléctrodos diferentes.

Dois interruptores são simultaneamente fechados para estabelecer um circuito de acordo com a fig. 2. Estes interruptores são relés Reed. 0 seu controlo programável é realizado numa ç

unidade de controlo, que se vê na parte inferior da fig. 3 θ que tem a referência (36). Esta unidade de controlo trabalha ciclicamente, de modo que o amperímetro (18) mede sucessivamente, para todos os pares de eléctrodos de número par, a diferença entre a corrente que passa no eléctrodo de medição seleccionado devida ao eléctrodo de alimentação seleccionado, e a corrente que flui do eléctrodo (30) para o eléctrodo (31) (a corrente de referência na água do mar acima do sedimento). Os valores da impedância podem ser deduzidos daquelas medidas. Estes resultados são armazenados num dispositivo de memória (não representado) e, se se desejar, são transmitidos para a suparfície da água através de um emissor acústico (não representado).

Poderia ser desejável incluir na própria antena (2) pequenos transformadores abaixadores, entre cada fio (9) e o correspondente eléctrodo (10,11), ao nível da extremidade (12) do fio. U&a·reteção de transformação de 7:1 conduz a uma relação de transformação de impedâncias de 4-9:1, de modo que 0,2 de resistência da água do mar transforma-se numa resistência de carga que não chega a 10. Um auto-transformador constituído por

4-2 espiras com derivação de seis espiras conduz a uma indutância principal de cerca de 1,2 mH e é, por outro lado, ainda suficientemente pequena para ser integrada no cabo de antena sem grande dificuldade.

Pode além disso ser vantajoso que sejam tidos em conta efeitos de contaminação galvânicos, electrolíticos e de superfície, para proteger os eléctrodos da antena contra a água do mar através de fita isolante enrolada em torno dos eléctrodos. Porém, isso conduz a impedâncias parasitas de cerca de 4-00 pF

em série com cada eléctrodo e exige uma adaptaçao complexa conjugada dos circuitos oscilantes.

Claims (2)

1. Reivindicacões

   1.- Dispositivo para a medição da impedãncia de um meio ao longo de uma linha de medição, sendo o meio ãgua do mar ou um sedimento no fundo do mar ou ainda uma mistura dos dois, caracteri zado pelo facto de conter uma antena (2) que se estende ao longo da linha de medição, um gerador de sinais eléctricos (17) que alimenta a referida antena e um circuito de medição (18) para medir a impedãncia da antena, sendo a antena constituída por um núcleo central (8), um certo número de fios eléctricos (9) enrolados em torno do núcleo, uma camada isolante (13) que envolve estes fios e uma série de secções entrançadas condutoras da electricidade (10,11) de comprimento limitado, que estão dispostas en torno desta camada isolante e dispostas uma após a outra em posições de comprimentos uniformes, estando cada porção de ordem par (10,10') ligada a um dos fios, respectivamente, enquanto todas as secções entrançadas de ordem ímpar (11,11') estão ligadas em comum a um outro destes fios, estando o gerador e o circuito de medição asso ciados a um distribuidor multiplex programável (34,35,36) que é capaz de ciclicamente estabelecer circuitos de alimentação e de medição entre quaisquer dois fios associados ãs porções entrançadas de ordem par, enquanto as porções entrançadas de ordem ímpar estão permanentemente ligadas ã terra através do referido fio comum .
2. 2.- Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a antena (2) estar ligada a um recipiente (1) em forma de torpedo que se destina a penetrar no sedimento do fundo do mar por gravidade, por o gerador (17), o circuito de medição (13) e o distribuidor multiplex (34 a 36) estarem dispostos no interior do recipiente (1), enquanto a extremidade livre da antena está dotada com um corpo flutuante (6),

   Lisboa, 2 de Fevereiro de 1989

   RESUMO

   Dispositivo para medir a impedância de um meio ao longo de uma linha de medição

   A invenção refere-se a um dispositivo para medir a impedância de um meio ao longo de uma linha de medição, sendo o meio âgua do mar ou um sedimento no fundo do mar por detrás de um recipiente em forma de torpedo que penetra por gravidade no interior do sedimento.